Уран на завтрак и обед: в старой советской шахте обнаружены загадочные бактерии

В подземных водах, затопивших одну из крупнейших в мире урановых шахт Шлема-Альберода на востоке Германии, ученые открыли нечто неожиданное. Там, где концентрация радиоактивного металла смертельна для большинства форм жизни, процветает целая экосистема микробов. И эти микроорганизмы не просто выживают в ядовитой среде: они «пожирают» уран, преобразуя его в стабильное химическое вещество. Но как именно бактериям удается обезвреживать смертельно опасный элемент и может ли это открытие помочь очистить ядерные загрязнения по всему миру?

Наследие холодной войны

Шахта Шлема-Альберода, принадлежавшая компании Wismut GmbH, на протяжении десятилетий была сердцем уранодобывающей промышленности ГДР. После объединения Германии в 1990 году объект был закрыт, но на этом история его закончилась. Затопленная грунтовыми водами, шахта превратилась в гигантский подземный резервуар, наполненный растворенным ураном. Сегодня там ведутся дорогостоящие и трудоемкие работы по рекультивации, требующие постоянной откачки воды.



Необработанный уран чрезвычайно радиоактивен. Его попадание в организм, например, с загрязненной питьевой водой, способно причинит серьезный вред здоровью человека и животных. Однако, как выяснили микробиологи и экологи из Центра имени Гельмгольца (Германия) и университета Гранады (Испания), некоторые организмы нашли способ существовать в этой смертоносной среде.
Вода в шахте оказалась домом для целого сообщества микробов, которые не только не погибают под воздействием радиации, но и интенсивно… перерабатывают уран. Именно эта особенность привлекла внимание исследователей.

Ученые решили смоделировать условия, максимально приближенные к тем, в каких живут загадочные микроорганизмы. Для этого научный коллектив взял воду в очистных сооружениях шахты Шлема-Альберода. Затем в лаборатории была организована бескислородная среда: именно в такой на глубине около двух километров живут эти бактерии.

Алхимия на дне пробирки

Чтобы проверить свою гипотезу, команда ученых добавила в шахтную воду с бактериями глицерин. Этот источник углерода должен был стать микробов питательной средой. Надо сказать, что результат не заставил себя долго ждать. Уже на первый день инкубации вода в пробирках приобрела характерный желтый оттенок. Но самое интересное произошло спустя 130 дней: на дне емкостей образовался черный осадок, а вода над ним стала кристально прозрачной.



Исследование выявило: микробы использовали глицерин как топливо, запустив необычный химический процесс. Они преобразовали растворенный в воде уран в пятивалентное соединение. В естественных условиях этот тяжелый металл обычно представлен в валентностях 4 или 6. Пятивалентный уран — крайне редкое и нестабильное вещество, существующее лишь доли секунды.

Но, «попав в руки» микроорганизмов, нестабильный пятивалентный уран вступил в реакцию с железом и кислородом и образовал прочное соединение FeU(V)O4. Ученым это вещество было известно, но они и представить не могли, что оно может формироваться в природе, да еще и при непосредственном участии бактерий.

Снимки, сделанные с помощью микроскопа, показали, что наночастицы урана скапливаются прямо на клеточных мембранах бактерий. Микробы не просто абсорбируют токсичный элемент: они интегрируют его в свои клеточные стенки, превращая подвижный и опасный уран в неподвижное минеральное соединение.

Новый метод для всего мира

Итак, спустя 130 дней эксперимента в образцах воды осталось лишь около 5% от первоначального количества растворенного урана. Остальные 95% металла оказались связаны в стабильные минералы, которые больше не представляют угрозы для окружающей среды.
Открытие имеет далеко идущие последствия. Загрязнение радиоактивным ураном — это глобальная проблема. В США, Индии, Канаде, Франции, Южной Африке и Австралии содержание этого металла в поверхностных и грунтовых водах регулярно превышает допустимую норму в 0,03 миллиграмма на литр. Традиционные методы очистки воды дороги и часто приводят к образованию вторичных отходов. А потом тот же токсичный шлам тоже надо как-то утилизировать.



Биоремедиация — это способ, когда для очистки воды или почвы в дело идут бактерии, грибы или растения. Учёные уже 30 лет присматриваются к этому способу, так как он может здорово сэкономить деньги. На практике метод уже проверили: с его помощью удалось сильно уменьшить количество урана в воде, и при этом не появилось никакой новой опасной «химии».

Теперь ученые знают, как бактерии могут «успокоить» опасный уран. И хотя это только первый эксперимент, исследователи уверены, что новый метод применим и к другим грязным водам по всему миру. Бактерии из старой советской шахты могут стать неожиданными союзниками в борьбе с ядерным загрязнением планеты.